Электронная пушка

96 с = (0,15-0,45)Р; (0,3 -0,5)0; гДе й 1,2,3 10790 ные автоэмиссионный катод и выполненные с осесимметричными отверстиями управляющий электрод и анод.В этой пушке управляющий электрод и анод образуют электростатическую линзу, причем электроды имеют возрастающий по отношению к эмиттеру потенциал.Недостатком этого устройства явля ется малая эффективность фокусировки, связанная с большими поперечными составляющими скорости электронов. При телесном угле раствора электронного потока с поверхности автоэмиттера 1-2 ср углы наклона траекторий граничных электронов потока достигают 30 о45 , а соответствующая величина поперечной составляющей скорости Ч становится соизмеримой с продольной скоростью Ч движения электронов (Ч(Ч - 0,5-1,0). Указанная величина отношения поперечной составляющей скорости к продольной более чем .на порядок выше по сравнению с пото ками, формируемыми пушками с термоэлектронным катодом.Для эффективной фокусировки потока путем подавления поперечных скоростей электронов требуется сильное магнитное пале, что связано с увеличением массы и габаритов магнитной системы, а следовательно, массы и габаритов прибора в целом. Кроме того, большие поперечные скорости электронов значительно ухудшают условия согласования35. потока с магнитным полем, в результате чего ухудшается внутренняя структура потока: поток становится неламинарным (с пересекающимися траекториями электронов), возрастают пульсации его границы и, как следствие, ухудшается токопрохождение. Неламинарность структуры и пульсации границы потока ухуд" шают также шумовые характеристикиприборов.Целью изобретения является увеличение эффективности фокусировки пучкаэлектронов путем уменьшения поперечных составляющих. скоростей электро 50 Цель достигается тем, что в электронной пушке, содержащей осесимметрич- ио расположенные автоэмиссионный катод и выполненные с осесимметричными отверстиями управляющий электрод и анод, между управляющим электродом .и анодом введен соединенный с катодом фокусирующий электрод с осесимметрич-,йым отверстием, а электроды выполнены в соответствии со следующими соотношениямИ размеров: 8= Я = (0,15-0,25)Э,толщины управляющего иФокусирующего электронлдов и анода соответственно;зазорымежду управляющими фокусирующим электродами и между Фокусирующим электродом и анодом;диаметр отверстий вэлектродах. На Фиг.1 показаны взаимное расположение электродов пушки, схема их подключения к источнику и траектории дви-. жения электронов в потоке; на фиг. 2- электронная пушка с катодом в виде матрицы острий.Электронная пушка содержит авто- эмиссионный катод 1 в виде острия, управляющий электрод 2, Фокусирующий электрод 3 и анод 4 . Управляющий электрод 2, Фокусирующий электрод 3 и анод 4 выполнены в виде проводящих пластин, расположены последовательно вдоль оси острия катода 1 перпендикулярно ей и имеют отверстия 5, аксиальные острию. Катод 1, управляющий электрод 2, фокусирующий элект- род 3 и анод 4 между собой разделены диэлектрической прослойкой б. Фокусирующий электрод 3 электрически соеди-нен с катодом 1. Управляющий электрод 2 и анод 4 электрически соединены и находятся под положительным потенциалом относительно, катода 1. Катод 1 может быть выполнен в вице матрицы острий (см.фиг.2). В этом случае электроды выполняются в виде металлических пленок, а зазоры - в виде диэлектрических пленок.Предложенная электронная пушка работает следующим образом.При подаче на управляющий электрод 2 напряжения, достаточного для .того, чтобы создаваемое у вершный острия катода 1 электрическое поле вызвало автоэмиссию из отверстия 5 анода 4 вытекает электроиный.поток 7. Ка(0,3-0,5)08 д, = (Оэ 15 Оь 25)0,40 5 10790 тод 1, фокусирующнй электрод 3 с нулевым потенциалом относительно катода 1, управляющий электрод 2 электрически соединенный с анодом 4 с поло 5 жительным потенциалом Ч относительоно катода 1, образуют электростатическую линзу, обеспечивающую подавление поперечных составляющих скоростей электронов. Данная система электростатических линз формирует за анодом 4 электронной пушки поток 7 с малыми поперечными скоростями электро- . нов, исходящих из острия эмиттера 1 в пределах сравнительно большого телесного угла (0,3-1,0 ср).Такая конструкция электронной пушки обеспечивает существенное умень шение (более чем на порядок) поперечных скоростей частиц в выходной плос кости анода 4 и улучшает эффективность ,фокусировки потока.При формировании электронного потока повышенной мощности в предложенной электронной пушке с катодом25 1 в виде матрицы острий фокусировка" испускаемых остриями микроструй 7 осуществляется электростатическими линзами, образованными общим управля.ющим электродом 2, Фокусирующим электродом 3 и анодом 4 (см. Фиг.2), имеющими аксиальные остриям отверстйя.Проведенный расчет на ЭВМ предложенной конструкции. электронной пушки показывает, что геометрические размеРы пушки (Фиг. 1) должны удовлетворять следующими соотношениями; где С 1,СС - толщина управляющегоэлектрода, фокусирующегоэлектрода и анода соответственно;8,8 - зазоры между управляющими фокусируюпщм электродами и Фокусирующим электродом и анодом соответственно;Э - диаметр отверстий электродов.55Эффективность фокусировки потока ,в магнитном попе можно оценить по относительной величине среднеквадратичной поперечной составляющей ско 9 б 6р сти Ч /Ч, где У - среднек атичное значение продольной скорости.В обычных пушках с термоэлектронным,катодом величина Ч /ЧС 0,1, что соот.ветствует относительно малым угламнаклона траектории5, при которыхпучок удовлетворительно согласуетсяс магнитным полем, достигается качественная фокусировка и высокое(- 1003) токопрохождение. ВеличинаЧ 1/Ч всегда положительна (Ч /У ) 0)и прй идеальной фокусировке потока(параллельных траекториях в выходнойплоскости анода) Ч, /Ч = О. Любыеотклонения траекторий от параллельных в случаях недостаточной фокусировки исходящего из острия потока(слабая электрическая линза, положительные углы наклона траекторий)или перефокусировка потока (сильнаяэлектрическая линза, отрицательныеуглы наклона траекторий) приводят кФувеличению --Ч;Фокусирующая сила линзы, образованной управляющим электродом, фокусирующим электродом и анодом, воэрас"тает при увеличении относительнойтолщины управляюЩего эл ектрода( в ) и анода (-), что приводит кСз0 0расширению потока в области фокусирующего электрода. Фокусирующая силалинзы возрастает также,при увеличении относительной толщины Фокусирующего электрода (С/О) и ширины межэлектродных зазоров Б /Э = 8/Э,что приводит к увеличению продольных размеров области фокусирующегополя,При увеличении фокусирующей сюцилинзы за счет указанных Факторов происходит перефокусировка потока. Нап"ротив., при уменьшении этих параметров фокусирующая сила линзы уменьшается. вследствие недостаточно глубокого проникновения пучка в областьосильного фокусирующего поля вблизиповерхности Фокусирующего электродаи уменьшения продольных размеровобласти фокусирующего поля,Рассмотренными вьппе Факторами огра"ничены пределы изменения геометрических размеров С/Э = С/Э, С/Э и8/Р = 8/Э в соотношении (1). Запределами нижних границ области изме",098 0 блица 2 т О 0 6,55 50 линзы недостаточна для компенсации радиальной расходимости потока, а за пределами верхних границ она слишком велика и приводит к недопустимой перефокусировке потока. Внутри указанных областей изменения параметров обеспечиваются относительно малые (в пределах, допустимых для пушек с термоэлектронными катодами) поперечные скорости электронов в выходной плоскости анода Ч/Ч с О, и, следовательно, достигается эффективная фокУсировка потока магнитным полем.Результаты расчета величины Г /7 пч изменении параметров С./П С/П, . Величина отношения Ч /Ч зависит о безразмерных геометрических параметров пушки С /П, е/П и сэ/П. Рабочая область параметров заключена внутри выделенного прямоугольника, ,где 7 /Ус 0,1.Без применения предложенного устройства электронный поток, образо ванный совокупностью микроструй, испускаемых многострийным автокатодом в пределах телесного угла эмиссии с . каждого острия 0,4-1 ср, обладает большими поперечными составляющими скоростями электронов (Ч/Ч "0,5- 1,0) и ярко выраженной неламинарной структурой. Выполненные расчеты; результаты которых приведены в табл .2, показывают, что для магнитной фокуси" ровки такого потока с заданными в пределах 10-503 пульсациями требуется увеличение индукции магнитного поля в 1,72-3,3 раза (коэффициент Ке) и" массы магнитной системы (коэффициент К ) в 2,96-10,9 раза. С /П для средней точки допустймого дйапазона изменения параметра Я 1/П = = 8 /П приведены в табл .1. Эмиссия задана в пределах телесного угла 0,4 ср. В табл,1, выделена область параметров С /П = /П и/П, внутг.ри которой величина Ч /Ч с 0,1. Верхняя и нижняя стороны йрямоугольника в 10 табл.1 соответственно определяют нижнюю и верхнюю границы области изменения параметров , /П = з/П, а левая и правая стороны - нижнюю и верхнюю границы области изменения параметра 15 "2/ПУвеличение индукции поля К и массы К магнита необходимо для обеспечения фокусировки потока с пульсациями (3 = 10-507. без применения предложенного устройства. Телесный угол автоэмиссии 0,4-1 ср.Таким образом устройство позволяет осуществить эффективную фокусировку и существенно улучшить ламинарность потока, испускаемого автокато- дом, без дополнительного увеличения магнитного поля, т,е. при помощи известиык магнитных систем, используе-, мых для фокусировки потоков в электронно"оптических системах с термоэлектронными катодами. Это значитель-,10 1079:096 Корректор Л. Пата О. Юркова Техред А.Крав а 052 Тираж 320 Государственного комитета113035, Москва,а оизводственно-издательский комбинат "Патент", г,Ужгород, ул. Гагарина,10 но облегчает использование пушек савтоэлектронными змиттерамн в приборах СВЧ, особенно коротковолнового(миллиметрового и субмнллиметрового)диапазона, где требуются большиеплотности тоха. Дополнительными преимуществами 1 предложенной электронной пушки явля,ются высокая экономичность, связанная с отсутствием подогревателя, высокая крутизна вольт-амперной характеристики, обусловпенная экспоненцнальной зависимостью тока от напряжения, возможность осуществления низковольтной модуляции тока (по управляющему электроду и аноду) и снижениямассы радиоэлектронного комплекса(за счет снижения массы модулятора),безынерционный откпик тока на изменение напряжения, высокая плотность2 610,тока в пучке 10 -10 А/см 2 возможФность увеличения общего тока за счетиспользования матричного автоэмиттера и высокой плотности упаковки ост.рий в матрице. Подписноеобретениям и открытиям при ГКНТ СССРРаушская наб., д, 4/5